Введение к работе
КИ5ЛГ ;а
Актуальность темы. Антропогенное загрязнение водоемов, морских и речных акваторий неасфальтеновыми фракциями природных маслянистых жидкостей происходят регулярно и повсеместно.
Существуют различные способы ликвидации поверхностных загрязнений, отличающиеся друг от друга по методу действия и качеству сбора.
Боновые заграждения и нефтесборщики являются первичным средством механической очистки акваторий и предназначены для ликвидации толстых пленок и вязких сгустков. После механической очистки акваторий необходимо проводить мероприятия по более тщательной очистке другими средствами. При этом применяют диспергенты, представляющие собой химические вещества, способные разрушать целостность поверхностной пленки загрязняющего вещества; и биосорбенты, являющиеся сообществом штаммов микроорганизмов-биодеструкторов, которые представляют собой активную примесь. Частицы активной примеси покрыты специальной оболочкой и закреплены на носителе (вспененный кварцевый песок), который придает им повышенные флотационные свойства. При соприкосновении с загрязняющим веществом им насыщаются как носитель, так и частицы активной примеси в примерном соотношении 50/50. Наличие носителя уменьшает активную поверхность частиц, содержащих микроорганизмы-биодеструкторы и определяющую интенсивность переработки ими загрязняющего вещества. Кроме того, оставаясь на поверхности акватории, частицы носителя, насыщенные загрязняющим веществом, представляют собой опасность для водной фауны и требуют дополнительных мероприятий по их сбору.
На движение частиц активной примеси в водной среде после их взаимодействия с загрязняющим веществом оказывает влияние характеристики акватории, такие как: соленость и температура воды, наличие течений, глубина водоема и состояние донной поверхности.
Для того чтобы создать и развить технологию эффективного применения активной примеси при ликвидации аварийных разливов природных
4 маслянистых жидкостей, необходимо разработать методику комплексной оценки этих характеристик, влияющих на скорость движения частиц в водной среде при биодеструкции загрязнений. Вышеизложенное определяет актуальность диссертационной работы.
Цель исследования- методика эффективного использования активной примеси без носителя, базирующаяся на учете гидравлических характеристиках взаимодействия частиц с водной средой в процессе удаления загрязняющих веществ с поверхности акватории.
Для достижения этой цели решены следующие задачи:
-
Экспериментальное изучение влияния характеристик частиц активной примеси (фракционного состава, времени намокания) и температурно-соленосного режима водной среды на время и глубину их осаждения и всплытия в процессе переработки загрязнений микроорганизмами.
-
Описание осаждения и всплытия частиц активной примеси как стохастического процесса, формулировка математической модели в виде дифференциальных уравнений.
-
Анализ результатов численного решения системы дифференциальных уравнений с целью определения значимости основных факторов, влияющих на процесс биодеструкции.
-
Разработка практических рекомендаций по использованию активной примеси в условиях конкретной акватории.
Объект исследования.
В качестве объекта исследований было выбрано сообщество микроорганизмов-биодеструкторов, не закрепленных на носителе, и содержащий штаммы: Candida, Fusarhim sp., Rhodococcus, Pseudomonas, Bacillus и др.
Методика исследования. Основной задачей при проведении физического эксперимента было определение основных характеристик окружающей водной среды, влияющих на поведение активной примеси в процессе взаимодействия с загрязняющим веществом. При проведении исследований проводилось
5 планирование эксперимента. С учетом этого за основу были взяты такие
характеристики среды, как соленость и температура воды, наличие
турбулентности в водной среде, а также фракционный состав исследуемого
материала.
Выполнен статистический анализ результатов физического экспериментального исследования.
При численном моделировании процесса биодеструкции в модели использовались экспериментальные данные по осаждению и всплытию частиц в статических условиях.
Экспериментальные исследования и численное моделирование проводилось в лаборатории МВТС СПбГПУ г.Санкт-Петербург и Laboratory of Hydraulic Research, Division of Engineering and Policy for Cold Regional Environment, Hokkaido University, Япония.
Научная новизна работы заключается в:
-предложении использования биосорбентов, не закрепленных на носителе;
предложении использовать гидравлические характеристики процесса осаждения и всплытия активной примеси, не закрепленной на носителе при её взаимодействии с загрязняющим веществом в целях экономичного расхода;
экспериментальном определении зависимости указанных гидравлических характеристик от солености и температуры воды;
стохастизации процесса движения частиц в водной среде и формулировка его математической модели;
установлении обобщенных зависимостей времени биодеструкции от характеристик водной среды.
Практическая ценность заключается в разработанной технологии эффективного использования частиц активной примеси для сбора разливов природных маслянистых жидкостей на воде. Ценными с практической точки зрения являются результаты эксперимента по определению влияния температурного и соленосного режимов водной среды на скорость движения
активной примеси, как основных факторов, влияющих на эффективность биодеструкции поверхностной пленки загрязняющего вещества.
Реализация результатов работы. Разработанная технология эффективного применения активной примеси для удаления пленочных загрязнений с поверхности акваторий, а также рекомендации диссертации могут быть учтены при производстве углеводородоокисляющих биосорбентов и при прогнозировании ликвидации аварийных разливов нефти.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации доложены на конференции "Молодые ученые - промышленности северо-западного региона-2005", «Экобалтика 2006», "Молодые ученые -промышленности северо-западного региона-2006", а также на международных семинарах, проводимых в International Science and Technology Center (ISCT)-2006 (Япония).
Перспективность и экологическая целесообразность использования активных примесей, в частности биосорбентов, была отмечена проф. А.И.Альхименко. Он оценил предложение соискателя по усовершенствованию технологии сбора загрязняющих веществ с поверхности водоема с помощью таких примесей. На кафедре МВТС СПбГГГУ под руководством А.И.Альхименко соискателем была создана экспериментальная установка и разработана методика исследования гидравлических характеристик активной примеси.
Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 6 публикаций, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 100 страницах текста, содержит 3 таблицы, 26 рисунков, 6 приложений, библиография включает 59 наименований.
